基于模型变结构PI的BLDC电机驱动液压泵的压力控制

在自动变速箱液压控制的应用中,滑阀板液压系统存在控制精度差、多参数耦合、系统模型难以建立等缺陷。文章提出基于模型变结构比例积分(PI)的直流无刷(BLDC)电机驱动液压泵的压力控制策略,将直流无刷电机动态特性好、控制精度高等优点与液压泵结构简单、可靠性好等特点相结合。根据液压泵的转速、流量、压力特性关系和油液温度、黏度、弹性模量等参数建立电机转速比例积分控制模型,通过较易控制的电机驱动占空比信号实现对液压泵输出压力的调节。控制系统通过变结构比例积分控制,消除压力偏差和超调量,提高系统精度。仿真结果表明,变结构比例积分控制具有可行性,而试验结果证明,模型控制的系统响应优于纯比例积分闭环控制,并且具有很好的抗负载扰动能力。

变结构PI控制器的设计及其在光电跟踪系统中的应用

为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制,基于传统的PI控制器原理,结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统,分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明,采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调,上升时间为0.378s,稳定时间为0.488s,跟踪精度为1.26″。该系统结构简单,能实现嵌入式实时控制;与其他两种控制器相比综合性能更好,完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。

交流伺服系统Ziegler-Nichols PI滑模并行复合控制

针对交流位置伺服系统负载力矩和转动惯量变化大、干扰力矩强的特点,提出一种Ziegler-Nichols PI滑模并行复合控制策略,设计了位置环滑模变结构控制器和Ziegler-Nichols PI控制器的并行结构,滑模控制抑制了参数摄动和负载扰动,Ziegler-Nichols PI控制可对传统PI控制器的比例、积分系数进行在线调整,实现了系统的调整控制。仿真结果表明,所设计的并行复合控制器能够保证系统的静、动态性能。

无刷直流电机抗饱和变结构PI控制研究

无刷直流电机(BLDCM)电流滞环控制系统中转速调节器因存在电流限幅环节会产生积分饱和现象,从而导致了控制系统的超调量增大,动、稳态性能变差等一系列问题。为此,对BLDCM电流滞环控制系统的积分windup现象进行了分析,并将抗饱和变结构PI控制算法应用到BLDCM电流滞环控制系统的转速调节器中。为验证采用控制方法的有效性,在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建了控制系统仿真模型,仿真结果表明:相对于传统的PI控制算法,抗饱和变结构PI控制算法能够使系统的积分饱和现象得到抑制,速度响应的超调量更少,到达稳态时间更短,同时还提高了系统对负载扰动的鲁棒性。

自适应变结构的PI控制器设计

针对IP控制系统对连续变化的输入信号响应性能差的缺点,设计了一种自适应变结构PI控制器。首先阐述了传统IP控制器所具有的性能缺陷,在此基础上,构建了变结构PI控制器的结构。最后对系统的响应及抗干扰特性实施了仿真:当输入阶跃信号时,VSPI和IP控制系统的控制效果一致,相较于PI控制系统,不仅转速无超调而且响应的平稳性也更好。当输入连续正弦信号时,VSPI和PI几乎能够无误差跟踪输入信号变化,控制效果明显优于IP控制。系统的抗干扰性能与带宽ω_n取值成反比,而与控制方式无关。

基于滑模变结构PI控制的光伏系统MPPT研究

在分析光伏电池的数学模型和输出特性基础上,给出基于改进的Zeta电路的滑模变结构控制策略。为实现光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)的优化控制,提出可变阀值切换的滑模变结构+PI复合控制策略,实现了最大功率跟踪的优化控制。通过仿真与实验结果分析,并将给出的控制策略与广泛应用的扰动观测MPPT策略进行比较,验证了本控制策略具有良好的特性。

一种智能PI控制算法的设计

设计了一种智能PI控制器,根据系统的运行状况动态改变控制器的结构与参数,能满足复杂、动态和不确定系统的控制要求.实验结果表明,智能PI控制器相对于传统PID控制器有更好的控制特性,解决了系统运行的平稳性、快速性和准确性之间的矛盾.

基于电磁转矩的永磁同步电机新型变结构PI控制方法

针对永磁同步电机(PMSM),在传统PI控制时易出现转速超调、冲击电流大、转速环抗负载扰动能力差等现象,通过对PMSM数学模型的推导分析以及基于PI控制理论,提出了一种基于电磁转矩的新型变结构PI(VSPI)控制方法。该方法是在传统PI控制VSPI的基础上,通过融合微分前馈控制以及引入转矩反馈量等闭环控制策略,较好地解决了转速超调以及系统的抗干扰性等问题,并给出了电磁转矩的电压电流混合观测模型结构以及计算方法,同时分析了开环增益变化给予系统稳定性的影响情况,最后通过仿真试验验证了该新型方法的可行性和有效性。

二自由度PI控制器的设计仿真

针对传统PI控制器的稳态性能和动态性能相互耦合的问题,设计了二自由度设定值滤波型PI控制器和二自由度设定值前馈型PI控制器两种不同结构的二自由度PI控制器,并且给出了补偿环节的取值。在此基础上,借鉴变给定增益PI控制器的思想设计了一种变结构二自由度PI控制器。最后仿真结果表明,该控制器不仅可以简化控制参数的整定过程,而且同时兼顾系统的稳态性能、动态性能以及抗干扰性能,实现了输出快速、无超调、无误差的跟踪输入信号变化的功能。

基于GA的磁悬浮球系统的Anti-windup变结构PI控制

磁悬浮球系统是一个开环不稳定的强非线性系统,而且其控制输入-驱动电流必须在限定范围内变化.为了使输出的位移达到期望的位置,采用Anti-windup变结构PI控制器,结合遗传算法优化P、I、α的值,来使小球达到最理想的位置输出.实验结果表明,与常规PI控制器比较,Anti-windup变结构PI控制可以更快速稳定跟踪期望位置,振荡幅度明显减少.

赤道式望远镜的变结构PI控制

为提高赤道式望远镜伺服系统的性能,分析了经典PI控制器的特点,并结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。构造了以速度误差为自变量的比例增益函数和以位置误差为自变量的积分增益函数,通过这两个函数,VSPI能够根据误差的变化实时改变其结构和参数。针对某赤道式望远镜的传递函数模型,仿真比较了经典PI和VSPI的控制结果,验证了VSPI的作用,同时在望远镜上进行了实验。实验结果表明:应用VSPI控制器后,赤道式望远镜的1°位置阶跃过渡时间由0.68 s缩短至0.59 s,稳态误差由0.62″RMS减小到0.13″RMS,等效正弦跟踪误差由3″RMS减小到1.87″RMS。采用变结构PI控制器的伺服系统性能明显提高,满足赤道式望远镜跟踪精度高、响应速度快的要求。

基于非线性约束的涡轮压缩机滑模变结构PI控制仿真研究

为了使燃料电池堆化学反应更加充分,提高发电效率,根据涡轮压缩机驱动原理建立燃料电池堆的涡轮压缩系统模型。基于永磁同步电机驱动数学模型定义控制参数变量,使用高速涡轮压缩机和机电阀控制燃料电池系统中的空气质量流量和压力。针对传统PI控制器进行改进,提出了一种可在不同控制结构上改装的变结构抗饱和策略,设计涡轮压缩机滑模变结构PI控制器。采用Matlab软件对空气质量流量和压力跟踪误差进行仿真,与传统PI控制方法进行对比。结果显示:与PI控制方法相比,涡轮压缩系统采用滑模变结构PI控制方法,空气质量流量和压力跟踪误差较小,控制系统相对稳定。采用滑模变结构PI控制方法,能够提高控制系统的响应速度和跟踪精度,提高燃料电池发电效率。

Anti-windup PI控制器在无刷直流电机调速系统中的应用

无刷直流电机调速系统转速环通常采用PI控制器,为了克服PI控制器输出的饱和非线性影响,设计一种变结构anti-windup PI控制器,给出了系统的稳定性条件。当控制器输出处于饱和区时,将转速误差与积分器输出之差反馈到积分环节输入端,使积分器输出迅速收敛,控制器快速退出饱和区。为验证变结构anti-windup PI控制器的可行性,通过仿真实验,结果表明采用变结构anti-windup PI控制器的无刷直流电机调速系统能有效抑制饱和现象,改善系统的动静态性能。

SVG滑模控制策略及处理器在环测试研究

当静止无功发生器(Static var generator,SVG)电压外环使用传统PI控制时,存在直流侧电容电压动态响应较差、参数设计较为复杂等问题。针对这些问题,采用了基于滑模变结构的控制策略。该控制策略以dq旋转坐标系下的数学模型为基础进行研究,电流内环采用PI解耦控制,电压外环采用滑模变结构控制。运用处理器在环测试(Processor in loop,PIL)将控制策略模型置于代码层面进行验证,结果证明:在电流内环参数相同的条件下,滑模变结构控制相较于传统PI控制,提高了直流侧电容电压的动态响应速率,并且避免了SVG在启动阶段出现电网侧功率因数过低的情况。

三相电压型PWM整流器滑模变结构直接功率控制

研究了一种基于滑模变结构控制理论的三相脉宽调制(PWM)整流器直接功率控制方案,利用滑模变结构控制系统鲁棒性和动态性能较好、参数整定简单的优点,解决了传统的基于PI算法的直接功率控制系统抗扰性能差、对PI控制参数较敏感、网侧电流总谐波含量较大的缺点.在Matlab/Simulink环境中建立仿真模型,对滑模控制和PI控制两种方案进行仿真比较,结果表明滑模控制方案明显优于PI控制方案.

基于滑模控制的三相电压型PWM整流器系统仿真

三相电压型PWM整流器(VSR)用于AC/DC/AD系统前端整流器时,由于PI控制的滞后性及其比例积分系数对系统参数的敏感性,很难在四象限运行中保持良好的动态性能和鲁棒性。考虑到VSR本身非线性的特点,提出了一种基于同步旋转坐标系的双闭环滑模变结构控制算法,在MATLAB/SIMULINK环境建立了仿真模型,对滑模算法和PI算法进行了对比仿真。结果表明,较之PI算法,滑模算法具有更好的动态响应。

姿控飞轮变结构变速积分控制的实现

为了兼顾飞轮控制系统的响应速度和稳态精度,在分析常值切换变结构控制和变速积分控制特性的基础上,将具有开关特性,响应快,但存在抖振缺点的常值切换变结构控制与能改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应,稳态精度高的变速积分控制相结合,利用变速积分控制稳态精度高的优点弥补常值切换控制的开关特性带来的缺点,提出了变结构变速积分控制。根据飞轮的本体模型和运动方程建立了控制模型,分析了控制模型的性能,进行了转速跟踪实验。实验结果显示:变结构变速积分控制使系统的动态性能和稳态性能都得到很大提高。控制指令为偏移量1000r/min,幅值100r/min,周期0.01Hz正弦信号时,跟踪误差为2r/min。结果表明,提出的方法抑制了超出切换带范围的超调量,提高了进入切换带内的稳态精度,防止了抖振,基本达到了加快响应速度和提高稳态精度的要求。

变结构控制策略在直驱永磁同步风力发电机中的应用

根据直驱永磁同步风力发电机的结构特点,采用双脉宽调制变流器作为其并网主电路。考虑到永磁同步发电机的数学模型在dq坐标系下是一个非线性耦合系统,不利于控制器的设计。提出了采用逆系统方法将原系统进行线性化解耦,构造出其伪线性系统模型,再运用变结构控制理论设计伪线性系统的闭环控制器。建立了基于此控制策略的仿真模型并与PI控制进行比较。仿真结果表明,该控制策略可实现发电机输出有功功率的准确控制、并网有功功率和无功功率独立调节以及变速恒频运行。变结构控制与PI控制相比,动态响应速度快、鲁棒性好。

基于滑模变结构的感应电动机直接转矩控制

针对感应电动机常规直接转矩控制中存在磁链、转矩脉动大,低速控制不精确等问题,在建立α-β坐标系感应电动机数学模型的基础上,提出了一种基于滑模变结构的新型直接转矩控制方法。该方法利用转速滑模变结构控制器代替常规直接转矩控制中的PI控制器,可有效减小常规直接转矩控制中的磁链和转矩脉动,增强了系统的稳定性。仿真结果证明了该方法的正确性。

矩阵式整流器的滑模变结构控制

为了改善矩阵式整流器在输入电源畸变情况下的输出波形质量,减小输入滤波器造成的输入功率因数角,提出了一种基于滑模变结构的矩阵式整流器控制策略。详细论述了控制策略原理和设计过程,包括建立系统变结构模型,选择滑模面,给出滑动模态可达到条件和控制率,设计开关表等。着重对滑模控制和常规PI控制方案进行了实验比较,实验结果证明:基于滑模控制策略的矩阵式整流器具有无稳态误差,输出直流纹波小,动态响应速度快,输入功率因数高等优点,对网侧和负载侧干扰表现出了较强的不敏感性和鲁棒性。